中国科大团队在二维离子型软晶格半导体中实现面内可编程“马赛克”异质结构筑

半导体异质结构的精密构筑是当代微电子学和光电子学的重要课题。在半导体领域,能否在材料平面内实现横向异质结的精准构建,直接关系到新奇物性的探索、新型器件的研发以及芯片微型化的推进。此技术能力已成为衡量材料工程水平的重要标志。 然而,以二维卤化物钙钛矿为代表的离子型软晶格半导体材料,因其晶体结构本身具有柔软性和不稳定性,在加工过程中面临独特的挑战。传统的光刻、刻蚀等微加工技术往往反应过于剧烈,容易对材料结构造成破坏,导致难以获得高质量的横向异质集成结构。这种材料特性与加工工艺之间的矛盾,成为制约该领域发展的关键瓶颈。 面对这一难题,中国科学技术大学的研究团队采取了创新的技术思路。他们创新性地提出并发展了一种利用晶体内应力"自刻蚀"的新方法,巧妙地将材料本身的物理特性转化为加工优势。通过精准控制和引导晶体内部的应力分布,研究团队实现了对不同种类半导体材料的精确回填,最终在单一晶片内部成功构筑出晶格连续、界面原子级平整的高质量异质结构。这种"马赛克"式的异质结构设计,既保持了材料的完整性,又实现了功能的多样化集成。 这一突破具有重要的应用前景。高质量的横向异质结构为开发新型发光器件和集成电路提供了坚实的物质基础。通过在单一晶片上集成不同功能的半导体材料,可以实现性能更优、集成度更高的新一代光电子器件。这对于推动显示技术、激光器件、太阳能电池等领域的发展意义重大。同时,该技术方法的创新性也为其他类型软晶格材料的加工提供了借鉴,有望在更广泛的材料体系中得到应用。

在全球科技竞争日益激烈的背景下,中国科学家在半导体材料领域的该突破,展示了我国基础研究能力的提升和攻克关键技术的决心。这项成果表明,面向国家战略需求和科技前沿,只有坚持原创性科研攻关,才能在国际竞争中占据主动,为高质量发展提供科技支撑。